NASA研究人员利用超级计算机开展的新一轮数值模拟，呈现了两颗“城市大小”的中子星在碰撞前瞬间其磁层结构如何相互纠缠与重组的细节。研究团队表示，模拟结果帮助识别出恒星在合并前最后时刻可能释放的电磁信号，未来观测设施或有机会捕捉到这些先兆。

研究首席科学家Dimitrios Skiathas（希腊帕特雷大学研究生）表示，在中子星真正相撞之前，包裹其外、强磁化且充满等离子体的磁层会开始发生强烈相互作用。团队聚焦合并前最后几个轨道阶段，模拟纠缠磁场在短时间内快速且剧烈的变化，并据此推演可能被观测到的高能辐射信号。相关论文已发表在《天体物理学杂志》上。

中子星合并被认为会触发一种特殊类型的伽马射线暴（GRB），属于宇宙中最强烈的爆发现象之一。以往研究多集中在合并及其后续过程：近光速喷流产生伽马射线、引力波信号以及“千新星”爆发，并在其中合成黄金、铂等重元素。2017年一次观测事件曾同时呈现上述三类现象，被视为对长期预测关联的关键验证。

中子星由大质量恒星在核心燃料耗尽后坍缩形成：核心被压碎并触发超新星爆发，抛散恒星外层物质；坍缩过程还会加快核心自转并增强磁场。典型中子星可将超过太阳的质量压缩进直径约15英里（24公里）的球体，尺度约相当于纽约曼哈顿岛的长度。新生中子星每秒可自转数十次，其磁场强度可达冰箱磁铁的10万亿倍，足以将伽马射线直接转化为电子与正电子，并将粒子迅速加速到远超地球粒子加速器的能量水平。

NASA戈达德太空飞行中心合著者Constantinos Kalapotharakos将模拟中的磁层比作“不断自我重连的磁路”：磁力线在轨道运动驱动下持续重组，连接、断裂并再次连接；电流穿过近光速运动的等离子体，快速变化的磁场可有效加速粒子。他指出，这类非线性演化需要高分辨率计算，因此必须依赖超级计算资源。

团队使用位于加州硅谷NASA艾姆斯研究中心的Pleiades超级计算机，完成了100多次双中子星系统模拟。模拟设定中每颗中子星质量为1.4倍太阳质量，研究重点是不同磁场构型如何影响双星系统释放的电磁能量。多数模拟覆盖合并前最后7.7毫秒，以便对最后轨道阶段进行更细致的刻画。

马里兰大学帕克分校及NASA戈达德合著者Zorawar Wadiasingh表示，模拟显示系统辐射亮度变化幅度很大且空间分布不均匀，因此远处观测者的视角对所见信号至关重要。随着两星距离缩小，信号整体增强，而增强程度取决于两颗中子星磁场的相对方向。

研究还描述了磁力线在轨道收缩过程中的几何演化：磁力线锚定在各自恒星表面并随轨道运动向后扫掠；当轨道进一步收紧时，部分磁力线可能直接连接两颗恒星，已连接的磁力线也可能断裂并重新配置。

在电磁力方面，团队基于模拟计算了作用于恒星表面的电磁应力。研究指出，尽管重力效应在整体动力学中占主导，但在强磁化系统中磁应力可能逐步积累，未来模型或可用于进一步检验磁相互作用在合并最后阶段的影响。

NASA戈达德研究人员Demosthenes Kazanas表示，这类磁层行为可能在引力波信号中留下可辨识的印记，下一代设施有望探测到。团队认为，此类工作的一项意义在于帮助界定未来观测站可能看到什么、应重点寻找哪些信号，无论是引力波还是电磁辐射。

研究团队成员还包括新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室的Alice Harding以及西雅图华盛顿大学的Paul Kolbeck。两人利用模拟得到的磁场结构，定位最高能量辐射可能产生的区域并研究其传播方式。

在围绕中子星的混沌等离子体环境中，粒子与辐射可相互转化。高速电子可通过曲率辐射产生伽马射线；伽马射线光子又可在强磁场中转化为电子—正电子对。模拟结果显示，产生伽马射线的区域能量可达可见光的万亿倍，但最高能伽马射线很可能难以逃逸，会在强磁场中迅速转化为粒子。相对而言，能量约为可见光百万倍的较低能伽马射线可能离开系统，而由此产生的粒子也可能在更低能段辐射，包括X射线。

研究据此提出，未来中能伽马射线空间望远镜，尤其是具备宽视野能力的设备，或可在引力波观测站及时预警并给出天空定位的前提下，捕捉到合并前的电磁信号。目前，地面引力波观测站如美国路易斯安那州与华盛顿州的LIGO（激光干涉引力波天文台）以及意大利的Virgo，可探测频率在10至1000赫兹之间的中子星合并事件，并支持快速开展电磁对应体的跟踪观测。

在更长期的观测布局上，欧洲航天局（ESA）与NASA正合作推进空间引力波观测站LISA（激光干涉空间天线），计划于2030年代发射。LISA将能够在远低于地面观测站的引力波频率下，更早追踪中子星双星系统在合并前的演化。

研究团队表示，随着未来引力波观测站对即将合并系统的预警能力提升，宽视野伽马射线与X射线望远镜可据此启动针对合并前辐射的搜索。通过光与引力波两类“信使”对这类事件开展更常规的联合观测，将有助于推进对相关伽马射线暴现象的理解。